公路工程紅砂巖深路塹開挖技術探討

摘要 紅砂巖強度變化大，受氣候、溫度、日照、雨水等外部環境因素影響較大，紅砂巖深路塹開挖中需結合實地情況，積極采取有效防范措施，降低紅砂巖風化速度以提高項目建設質量。文章基于某公路紅砂巖深路塹開挖實例，從施工準備、開挖方法、質量控制3方面進行分析研究。重點介紹了開挖施工的機械準備、測量放樣、排水設施，指出需要根據開挖深度、縱向長度、地形等選擇不同的開挖方法，其中包括橫挖法、縱挖法、混合式開挖法等。

關鍵詞 紅砂巖；深路塹；開挖；挖掘方法

中圖分類號 U213.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）13-0129-03

0 引言

紅砂巖典型結構包括泥狀膠結和粒狀碎屑體，兩種結構的膠結狀態與風化程度存在差異，導致紅砂巖強度存在巨大變化。紅砂巖結構易受降雨、風沙、日照、溫度、濕度等因素影響，極端條件下可短期內風化成砂土狀。故紅砂巖區域公路深路塹開挖進程中，對影響因素加強控制能有效降低風化速度，為項目施工順利進行提供保障。由于紅砂巖性質特殊，為減少施工擾動，施工前需結合地質特點、工藝要求和項目狀況，選擇最適當的機械鑿挖方案取代爆破施工。該文基于某公路施工現場情況，對機械鑿挖方案進行紅砂巖深路塹開挖的施工技術進行了詳細分析。

1 工程概況

某公路NH-JB3標段全程14.1 km，全線采用全封閉公路設計標準，最高時速40 km/h，路基寬度8.5 m，雙向2車道。紅砂巖深路塹挖方段最大挖深20 m，挖方50 000 m3，位于K10+020～K10+530段。

2 施工準備

2.1 技術準備

了解項目要求與技術規范，嚴格按照圖紙設計進行施工，加強現場勘測，熟悉地形特征，制定施工方案并優化，為后續施工奠定良好的基礎[1]。

2.2 機械準備

常規公路項目施工中，紅砂巖挖方一般不作為路基填料，挖方全部作為棄土運至棄土場。施工機械主要采用挖掘機、自卸汽車和推土機[2]。施工機械設備需結合項目需求合理配置，該項目應用的機械設備數量及其型號如表1所示。

2.3 測量放樣

精準測量放樣為確保施工質量奠定基礎，也是降低施工成本的有效措施。開挖路塹前，對施工區域地面高程復測，繪制路基橫斷面圖并計算挖方量。復測工序完工后，結合設計圖紙獲取中樁、坡腳樁坐標值，采用全站儀準確放樣定位中樁、坡腳樁位置，實踐中多以漸進法對坡頂樁定樁。為確保開挖工作的準確性，開挖施工前需對開挖線定期復測[3]。

2.4 排水設施

雨水浸泡、沖刷會加速紅砂巖風化，故紅砂巖深路塹開挖需確保排水設施性能良好。路塹坡頂外5 m處設置截水溝，將降雨匯聚在坡頂處，待水分匯集后借助排水設施流出，合理布設永久性排水設施和臨時性排水設施，及時將積水排至農田，避免積水污染[4]。

3 紅砂巖深路塹開挖技術

3.1 開挖工藝流程（見圖1）

3.2 開挖方法的選擇

橫挖法、縱挖法、混合式開挖法為路塹開挖的常見方案，開挖方式需結合項目特點，綜合考慮天氣狀況、機械設備情況、開挖深度、地質特點、巖體結構、縱向長度等因素合理選擇[5]。

3.2.1 橫挖法

橫挖法施工中從道路一側或兩側按照道路寬度進行路塹橫斷面開挖，多應用于路面寬度較小的路段，路面寬度較大者可應用多層橫向開挖工藝。開挖施工中需注重對施工便道的保護以提高工程質量，以項目質量要求和工藝參數特點為基礎，確定開挖深度后按照臺階高度確定其分層數量，多以一根炮桿炮頭長度作為臺階高度[6]。

3.2.2 縱挖法

按照施工方案的差異，結合實際情況可將縱挖法分為分層縱挖法、通道縱挖法、分段縱挖法3種不同類型。

（1）分層縱挖法：沿著路塹全寬度縱向分層挖進的方案，該方法挖深不大，多用于長路塹開挖。

（2）通道縱挖法：沿著路塹縱向方向進行開挖，并沿通道方向擴展，擴寬上層通道至路塹邊坡后方，通道為施工提供便利，供自卸汽車和挖掘機等機械設備進場開展作業。

（3）分段縱挖：結合施工區域特點，選擇合適方向按路塹縱向分段縱挖施工，將厚度薄的路塹橫向挖穿，隨后根據項目進度進行縱向挖進[7]。

3.2.3 混合式開挖法

混合式開挖法是橫挖法與縱挖法相結合的施工方案，該方案適用于開挖深度、路塹縱向長度均較大的條件下。施工中，首先縱向挖通路塹，隨后進行橫向開挖，該施工方案能實現多作業面同步施工，提高了施工效率，在Ⅰ、Ⅱ類紅砂巖深路塹開挖中應用廣泛[8]。

3.3 土方開挖

結合地質勘測結果分析，K10+020～K10+530段巖體上層為黏質土層，厚度約2 m，利用挖掘機或自卸汽車裝運挖除的土質。黏質土層開挖便捷性高，其土層質地松軟，施工中對刷坡操作的技術水平提出了較高要求，施工中需嚴格控制操作力度，避免挖進過度破壞土體結構，對邊坡穩定性產生影響[9]。

3.4 石方開挖

陽光、降雨、溫濕度等因素影響下，紅砂巖易被風化崩解，導致其易呈現砂土狀，結構強度相對不足。由于紅砂巖的性質特殊，結合其結構特點，項目開挖過程中需以實際情況為基礎，進行機械設備的合理選擇和開挖方式的優化[10]。Ⅰ、Ⅱ類紅砂巖可采用通道縱挖法開挖，Ⅲ類紅砂巖開挖難度高則易應用分層縱挖法施工。

4 質量控制

4.1 刷坡質量控制

路塹開挖需確保邊坡穩定從而保障刷坡工序能順利完善，防止開挖過深導致刷坡工作難以正常進行。為確保施工質量，路塹開挖前需進行施工設計，坡度尺在開挖設計中應用廣泛，詳見圖2。坡度尺的坡度包括1∶0.25、1∶0.5、1∶1、1∶1.5等不同類型，根據坡度尺的不同坡度對坡度值進行詳細設計。①坡度為1∶0.25時，a、b、c取值分別為25 cm、100 cm、103 cm；②坡度值為1∶1時，a、b、c取值分別為150 cm、100 cm、141 cm；③坡度值為1∶1.25時，a、b、c取值分別為125 cm、100 cm、160 cm；④坡度值為1∶1.5，a、b、c取值分別為150 cm、100 cm、180 cm。放坡工序中需對刷坡坡度值嚴格控制，施工實踐結果證實坡度尺應用于項目施工中的效果較好，故刷坡質量控制多應用坡度尺。

4.2 臺階質量控制

認真執行項目方案與設計參數，路塹邊坡高度大于8 m時采用分段邊坡設計，且每級邊坡的最大高度值控制在8 m以下，每8 m邊坡高度配備2 m寬平臺，詳見圖3。

施工過程中嚴格控制刷坡質量，同時要對臺階尺寸嚴格控制，重點控制放樣量準確性。嚴格控制施工中臺階開挖高程，保持其小于設計值，并在臺階上留出3%的傾斜坡度，以利于排水。

4.3 護面墻基坑開挖

以項目設計要求為基礎，于紅砂巖一級邊坡坡腳處進行護面墻基坑開挖，詳見圖4。正式開挖施工前，需進行基坑、護坡的精準放樣，對炮頭沖擊力精確調整與控制，由技術熟練的專業技術人員進行操作，完成護面墻邊坡的開挖工作。分層開挖過程中紅砂巖有足夠的時間風化，巖體外強度值較小，故其硬度不足，容易破碎。

5 路塹開挖注意事項

（1）路塹開挖施工需要大量的機械設備和人員投入，故施工開挖前需明確相關人員職責，對操作人員、技術人員、現場人員加強技術交底。

（2）路塹開挖前需確保路塹頂部截水溝、路塹臨時排水溝和永久性排水溝通暢。

（3）路塹開挖時，嚴格執行項目操作規范，預留邊坡平臺并控制刷坡質量，做好坡面保護工作。

（4）開挖中嚴格觀測邊坡穩定性并加強測樣方量準確性檢測，發現邊坡不穩定則及時停止開挖并采取有效措施整改，準確測量確定開挖線以有效控制開挖后坡面、坡度處于受控狀態。

（5）注重生態保護。保護施工區域植被，施工完畢后盡量恢復界限內外植被原狀，若施工中需砍伐經濟作物，需提前與環保、水利、園林等部門溝通，獲得批準后方可動工，避免肆意亂砍濫伐。施工完畢后，加強清場管理，盡量采取植被覆蓋方案提高其生態效益。

（6）保護環境，防治粉塵。選用無污染、低污染設備，對設備安裝污染控制系統和尾氣處理裝置，及時清掃施工路面渣土、石料等遺留物，保持道路清潔。加強廢氣治理與檢測，確保施工機械設備尾氣達標，做好設施養護與管理，定期監測，確保施工區域空氣質量達標。

（7）完工后場地清理及恢復平整的環保措施：①施工完畢后，向當地政府、環保檢測結構提出申請，獲得地方政府同意和環評機構出具的環保證明材料后方可離場，確保工程符合環保要求；②結合工程項目的實際工況，制定合理的環保施工計劃，靈活調整施工方案。施工管理人員需積極學習最新的環保法律法規，營造良好的環保施工氛圍，將環保理念貫穿于施工管理全過程。

6 結語

綜上所述，紅砂巖結構地質條件特殊，其工程特性與其他巖類物質有所差異，故紅砂巖區域項目施工面臨的問題更多。降水、日照、溫濕度等因素會影響紅砂巖結構，加速其風化，使其結構穩定性降低。紅砂巖深路塹開挖方式多以常規爆破法為主，機械法施工的案例數量不足。該文基于紅砂巖深路塹開挖實踐，選用機械法進行施工，對紅砂巖深路塹的開挖方法和關鍵施工要點的質量控制進行了詳細分析，期望該文研究為同類地質項目工程實踐提高經驗參考。

參考文獻

[1]紀宇， 梁慶國， 郭俊彥， 等. 紅層軟巖地區高速鐵路深路塹基底變形規律研究[J]. 鐵道科學與工程學報， 2021（3）： 572-580.

[2]郭俊彥. 某高速鐵路紅層軟巖地層深路塹基底變形規律數值模擬研究[D]. 蘭州：蘭州交通大學， 2020.

[3]王大慶， 宋常軍. 深路塹堆積層滑坡成因分析與治理[J]. 公路交通科技（應用技術版）， 2020（2）： 98-100.

[4]任雁飛， 劉夢雅. 基于有限元強度折減法公路深路塹邊坡穩定性分析[J]. 天津建設科技， 2020（6）： 17-21.

[5]莫正. 紅砂巖壓、拉力學性質對比[J]. 科學技術創新， 2021（18）： 154-156.

[6]屈永強， 丁海萍. 紅砂巖地區公路設計研究[J]. 黑龍江交通科技， 2014（11）： 65-66.

[7]沈正偉， 任舸. 浦合公路紅砂巖路塹邊坡滑坡處治分析[J]. 黑龍江交通科技， 2019（9）： 10-12.

[8]尹利潔， 劉志強， 朱彥鵬， 等. 紅砂巖崩解速率影響因素及崩解機理研究[C]//中國建筑業協會深基礎與地下空間工程分會， 中國工程機械工業協會樁工機械分會， 等. 北京：中國建筑工業出版社數字出版中心， 2021： 346-354.

[9]呂小寧. 二元結構深路塹邊坡多級開挖靜動力效應研究[C]//中國地質學會. 2018年全國工程地質學術年會論文集. 北京：科學出版社， 2018：46-51.

[10]劉艷輝， 劉麗楠. 基于誘發機理的降雨型滑坡預警研究—以花崗巖風化殼二元結構斜坡為例[J]. 工程地質學報， 2016（4）： 542-549.